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Röhrengenerator mit gestaffelter Frequenzeichung Veränderbare Meßgeneratoren,
die mit einem Schwingungskreis (L, C) in Rückkopplungsschaltung arbeiten, haben
bekanntlich den Nachteil, daß ihre Frequenz (o) _-_ -a .-r f) der Formel
entspricht. Will man einen bestimmten
Frequenzbereich
überstreichen, so muß man daher bei konstantem L die Kapazität C im Verhältnis 7,=
verändern. Infolgedessen ist eine direkte Eichung des Generators nach Frequenzen
nur in einem engen Frequenzbereich v ` 3 möglich. Nur in diesem Falle kommt man
mit einem einzigen Drehkondensator aus und braucht noch nicht feste Zusatzkondensatoren.
Hierdurch ist andererseits ein häufiger .Spulenwechsel bedingt.
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Trotzdem ist die Ablesegenauigkeit beschränkt; denn wenn eine Drehung
des Kondensators tun z8o° eine -Frequenzänderung im Verhältnis i : 3 bewirkt, so
entsprichtbei logarithmischer Frequenzkurve, also im günstigsten Falle - r ° Verdrehung
o,6 ";" Frequenzänderung. Macht man aber die Bereiche kleiner, so muß man die Spulen
noch häufiger umschalten. Läßt man andererseits die Zuschaltung einiger fester Zusatzkondensatoren
zum Drehkondensator zu und nimmt dabei die Unübersichtlichkeit einer mehrfachen
Skalenteilung des Drehkondensators für direkte Ablesung in Kauf, so erweist es sich
als schwierig, die Amplitude in dem großen Frequenzbereich jeder Spule konstant
zu halten. Die Ursache hierfür ist vor allein der verhältnismäßig große Verlustwinkel
der Spulen. Aus diesem Grunde wird man auf jeden Fall neben dem Kondensator auch
die Spulen öfters umschalten müssen.
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Hat man eine Ausbildung des Schwingungskreises gewählt, die eine im
Vergleich zu der später angeführten Lösung unbequeme, aber genaue Ablesung der Frequenz
gestattet, z. B. durch sehr häufiges Umschalten der Spulen bei kleinem Variationsbereich
des Drehkondensators, so wird die absolute Frequenzgenauigkeit des Senders bestimmt
und begrenzt durch die zeitliche Konstanz und den Temperaturgang der Spulen; denn
beide Größen sind bei Spulen wesentlich ungünstiger als bei Kondensatoren, so daß
die Vermeidung von Spulen eine wesentliche Verbesserung in dieser Richtung ergibt.
Schließlich ist die Ausführung der Spulen für
Schwingungskreise
zur Erzeugung sehr tiefer Frequenzen unter etwa 3o Hz schwierig und kostspielig.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, durch dcyi die oben geschilderten Nachteile
vermieden werden können. Sie macht Gebrauch voit einem an sich bekannten Röhrengenerator;
bei dem die Rückkopplung über ein nur aus Wirkwiderständen und gleichartigen Blindwiderständen
bestehendes phasendrehendes Netzwerk erfolgt. Bei diesen Röhrengeneratoren besteht
eine lineare Abhängigkeit zwi-, scheu der Frequenz und dein Wert der frequenzbestimmenden
Elemente.
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Bei Verwendung eines solchen Röhrengenerators, insbesondere für Meßzwecke,
werden gemäß der Erfindung die Blindwiderstände in allen Gliedern gleichartig, vorzugsweise
dekadisch, in Stufen unterteilt und die gleichen Stufen der verschiedenen Glieder
gleichzeitig um gleiche Beträge bzw. im gleichen Verhältnis geändert, wobei die
ein-. zelnen Stufen jedoch unabhängig voneinander veränderbar sind. Durch den erfindungsgemäßen
Aufbau erreicht man einen sehr großen Frequenzbereich. Infolge der vorzugsweise
dekadischen Staffelung der Frequenzeinstellurig und dadurch, daß die entsprechenden
Stufen der Glieder zwangsläufig uni gleiche Beträge bzw. im gleichen Verhältnis
geändert werden, ist eine direkte Frequenzechung möglich. Es können so die Kapazitätsschalter
jeder Stufe unabhängig voneinander nach Frequenzen beschriftet werden.
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Die Verwendung von Kondensatoren als Blindwiderstände ist-vorzuzielien,
da Kondensatoren gegenüber Selbstinduktivitäten wesentlicher günstiger sind; insbesondere
in hezug auf zeitliche Konstanz.und Tempera-"_turgang. Eine bevorzugte Ausführungsform
. der Erfindung sieht nun vor, hierbei die die ,fiiidwiderstände bildenden Kapazitäten
in @;tleert" Querzweigen und die Wirkwiderstände rn den Längszweigen anzuordnen.
Hierdurch werden die Störeinflüsse, die insbesondere durch Schaltkapazitäten auftreten
können, vermieden.
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In der Fig. i ist eine Schaltung eines Röhrengenerators, bei dein
die Rückkopplung nur über Kondensatoren und Widerstände erfolgt, in ihrem grundsätzlichen
Aufbau gezeigt. Die Schaltung unterscheidet sich von den bekannten Schaltungen,
die die Kapazitäten im Längszweig aufweisen. Für die lineare Abhängigkeit der Frequenz
von dein Wert der frequenzbestimmenden -Elemente ist dies jedoch uribeachtlich.
Ein Dreielektrodenrohr (Steilheit S, Durchgriff D, innerer Widerstand R) ist über
ein phasendrehendes Netzwerk, bestehend aus den Querkondensatoren Cl, C2, C3 und
den Längswiderständen r1 und r2, rückgekoppelt. Die Spannung am Gitter sei mit e1,
die EMK im Anodenkreis mit E bezeichnet. Um einen möglichst einfachen Aufbau zu
erhalten; wird man die drei Querkondensatoren im allgemeinen gleichwählen Cl = C2
= C3 = C ; ebenso die Widerstände r1 = r, = r. Für diesen Fall sei
die Rechnung durchgeführt; doch ist diese Beschränkung nicht grundsätzlich. Bezeichnen
wir die Spannung an C.. mit e;,,, die Spannung an C3 mit e; die Ströme in R mit
i, in 3-. mit i.= und in r1 mit il, so gelten für die Ströme und Spannungen
die folgenden Beziehungen:
Aus der Bedingung, daß die Spannung am Gitter gegenüber der EMK im Anodenkreis uni
i8o° phasenverschoben sein muß, findet man die Frequenz; in der sich eine Schwingung
erregen kann. Die Frequenzbedingun; ist nach der Gleichung (i) offenbar erfüllt,
wenn der nicht reelle Teil gleich Null wird, d. h. wenn 3 (1' -f- R) ._._
0)"C=Rr----- o
ist. Daraus ergibt sich für to cler Wert
Die !lmplitudenbedingung, d. h. die Bedingung dafür, claß Selbsterregung eintritt,
ergibt sich aus i zu
Setzt man in Gleichung (3) den in (2) ermittelten @-,N'ert für
a) ein, so erhält man
Aus Gleichung (2) ergibt sich, daß sich die Frequenz des Generators, falls r und
1Z konstant gehalten werden, proportional mit -1.`;- ändert. Man erhält also bei
Änderung voll C bereits einen wesentlich größeren Frequenzbereich, als dies bei
mit Schwingungskreisen in Rückkopplungsschaltung arbeitenden Generatoren der Fall
ist, da sich bei diesen die Frequenz proportional finit
ändert, wenn L als konstant angenommen wird. Bei Aufteilung der Kondensatoren in
vorzugsweise dekadisch unterteilte Stufen, die zwangsläufig miteinander geändert
werden, ist eine bequeme und genaue direkte Frequenzeichung möglich. Zu diesem Zweck
ordnet man jeder Dekade einen Kapazitätsschalter zu, dessen Kondensatoren sich wie
i : io : iöo usw. verhalten und dessen Stufen gleichen Schritten von
also von co entsprechen. Durch Reihenschalten der Schalter erhält man den gewünschten
Effekt, daß jeder Schalter unabhängig von dem anderen nach Frequenzen beschriftet
werden kann, die nach Dekaden gestaffelt sind, entsprechend der Gleichung
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Stufenanordnung der Kondensatoren.
Es sind hier beispielsweise drei in Reihe geschaltete Stufen 1, 2, 3 entsprechend
drei Dekaden der Frequenz vorgesehen; jede Stufe wiederholt sich dreimal entsprechend
den Kondensatoren Cl, C., C, in Fig. i und weist zehn Kontaktstellungen ral
... nlo auf. In diesen Stellungen werden bei der ersten Stufe wahl-Weise
ini Verhältnis
gestaffelte Kondensatoren eingeschaltet, bei der zweiten Stufe Kondensatoren der
Größen
bis C, und bei der dritten Stufe Kon densworen der Werte i oo Co,
Urn die Voraussetzungen einzuhalten, auf Grund deren die Gleichung (3) aufgestellt
wurde, ist es erforderlich, daß die Kondensatoren der drei gleichen Stufen jeder
Dekade (C1, C., C3) gleichzeitig geschaltet «erden, da andernfalls die Bedingung
C'i = C_ = C3 - C nicht erfüllt ist. Dies 1ä ßt sich zwangsläufig dadurch erreichen,
daß die Schalter der Stufen 1, 2, 3 in den einzellien Querreiben mechanisch miteinander
gekoppelt sind.
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hlit einer Schaltung gemäß Fig. 3 läßt sich ein sehr großer Frequenzbereich
(etwa i Hz bis ioo l;Hz) erzielen. Die Schirmgitterröhre i ist über ein aus mehreren
Widerständen und Querkapazitäten bestehendes Phasendrehendes Netzwerk in grundsätzlich
der gleichen Anordnung, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, rückgekoppelt. Urn zu vermeiden,
daß- der Anodengleichstrom der Anodenstromquelle A an das Gitter der Schwingröhre
i oder der nachgeschalteten Verstärkerröhre -2 gelangt (beide Röhren sind als Schirmgitterröliren
ausgebildet), ist der Sperrkolidensator 3 und im Gitterkreis der Kondensator q.
vorgesehen. Der Verstärkerröhre 2 wird nur ein Teil der Gitterspannung der Schwingröhre
i zugeführt, uni, eine übersteuerung zu vermeiden. Hierzu dient der Spannungsteiler
aus den Widerständen 5 und io. Da sich bei hohen Frequenzen die zwischen 7 und S
angedeutete Parallelkapazität der Röhre 2 zum Widerstand io ungünstig auswirken
würde, muß der kleine Kondensator 6 v orgesehen werden, der die Spannungsteilung
frequenzunabhängig macht. Der Widerstand 9 und der Kondensator i i dienen zur Erzeugung
der störungsfreien Gittervorspannung für die Röhren. Mit 12 ist der Verbraucher
angedeutet, im vorliegenden Falle ein Olimscher Widerstand. 15 bis 2o sind Ohmsche
Widerstände, die in Dekaden gestuft sind.
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Hierdurch erhält man den großen Frequenzbereich in einer wirtschaftlichereil
Weise, als es durch Anordnung noch weiterer Kondensatordekaden möglich wäre. Bei
einer absoluten Genauigkeit der eingestellten Frequenz von o,i°/o, die man erreichen
kann, wäre es unzweckmäßig, mehr als vier Kondensatordekadenschalter vorzusehen,
da die Frequenz niemals auf mehr als vier Stellen abgelesen werden darf. Praktisch
ist dieser Weg auch deshalb -kaum möglich, weil man zu unausführbaren Größen der
Kondensdtoren gelangen würde.. Dagegen kann man den
Frequenzbereich
dadurch erweitern, daß man die Widerstände r umschaltet und dadurch mit denselben
Kondensatoren eine z. B. zehnmal oder hundertmal tiefere Frequenz erhält. Da der
innere Widerstand R der Schwingröhre i meist groß gegen r ist, so folgt aus Gleichung
(2), daß der Widerstand x annähernd in dekadischen Stufen zu sehalten ist. ' Für
die praktische Ausführbarkeit der Schaltung ist es ein wesentlicher Vorteil, daß
das phasendrehende Netzwerk im Punkt 35 geerdet wird, so daß sämtliche Kondensatorstufenreihen
des Rückkopplungsnetzwerkes einpolig an Erde liegen. In den einzelnen Stufenreihen
sind die Dekaden so geordnet, daß die größten Kondensatorwerte unmittelbar an Erde
liegen und sich die kleineren Werte dekadisch geordnet anschließen. Dadurch werden
schädliche Kapazitäten, die die Richtigkeit der gestaffelten Frequenzablesung stören
könnten, vermieden bzw: möglichst unschädlich gemacht. Dies ist ein praktisch ausschlaggebender
Vorteil gegenüber der Verwendung von Brückenschaltungen u. ä. zur Erreichung der
Phasendrehung, bei denen die Spannung nicht einpolig geerdet erhalten werden kann.
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Die letzte Stufe der dekadisch gestuften Kondensatoren kann man durch
miteinander gekoppelte Drehkondensatoren ersetzen, wodurch man eine kontinuierliche
Frequenzeinstellung erhält.